Бозон Хиггса. Теория и мистика.

В извечном желании человечества понять, как устроена Вселенная, физика элементарных частиц играет роль первопроходца. Сегодня она стоит на пороге новой эры, и, видимо, очень скоро некоторые теории вот-вот исчезнут, а другие окажутся правильными. Ученые всего мира пытаются выяснить, по каким законам построена Вселенная, человек, материя, атомы… Существует множество теорий о космосе, пространстве-времени… и каждая последующая теория все больше и больше ударяется в мистику.

Возможно, мы живем в Матрице? Возможно, все кругом только кажется вечным и вещественным, а на самом деле это не так? Ведь частицы, даже элементарные, не постоянны. В космическом вакууме частицы и античастицы создаются из ничего и почти тут же исчезают снова. Вселенная полна полей. Поле — это Сила, которая окружает и пронизывает нас, она связывает Галактику воедино. По сути, галактику воедино связывает гравитация. Гравитация — это тоже поле. Свое поле есть у каждой частицы.

Современная физика элементарных частиц знает всего три вида частиц. Есть частицы вещества – такие, как электроны и кварки, составляющие атомы, из которых в свою очередь состоит всё, что мы видим вокруг. Есть частицы-переносчики взаимодействия – гравитационного, электромагнитного и ядерного, – которые заставляют частицы вещества держаться вместе. И, наконец, есть бозон Хиггса, образующий свою собственную особую категорию.

Поиск бозона Хиггса – не просто история про субатомные частицы и эзотерические идеи. Важность бозона Хиггса не в том, что он есть, а в том, что он делает. Частица Хиггса возникает в поле, пронизывающем все пространство, называемом полем Хиггса. В известной нам Вселенной всё, что проходит сквозь пространство, движется в поле Хиггса, которое есть везде и всегда.

Без бозона Хиггса мир бы был другим. Без него электроны и кварки были бы безмассовыми, как безмассовы фотоны – частицы света. Они бы летали со скоростью света, не взаимодействовали бы друг с другом, и было бы невозможно собрать их в атомы и молекулы, не говоря уже о том, что жизнь в нашем ее понимании была бы абсолютно невозможна.

Перемещаясь в пространстве, мы оказываемся окружены полем Хиггса и движемся в нем. Подобно рыбе, плывущей в воде, мы обычно не замечаем этого поля, но именно оно привносит в Стандартную модель всю присущую ей таинственность. Без бозона Хиггса Стандартная модель выглядела бы совсем иначе и не описывала бы реальный мир.

Вот уже несколько десятилетий Стандартная модель остается незыблемой как скала, все эксперименты, которые ученые смогли провести на Земле, неизменно подтверждали её предсказания. С появлением Большого адронного коллайдера который ознаменовал собой новую эру в физике, всё стало меняться.

И вот 4 июля 2012 года физики Европейской организации ядерных исследований (CERN) официально объявили об открытии новой частицы в ходе экспериментов на БАК. Это стало одним из важнейших открытий в физике частиц за последние 50 лет. В марте 2013 года физики CERN сообщили, что найденная ранее частица действительно является бозоном Хиггса.

По одной из теорий, во время Большого взрыва именно бозон Хиггса придал остальным частицам массу. Однако говорить об этом с уверенностью ранее было нельзя, так как для таких расчетов нужно было знать с точностью до 1% массу «частицы Бога». Эта гипотетическая частица «отвечает» за наличие массы всех других элементарных частиц. Считается, что все фундаментальные частицы приобретают массу в результате взаимодействия с полем Хиггса.

Стандартная модель объясняет все, с чем мы имеем дело в повседневной жизни, кроме гравитации. Кварки, нейтрино и фотоны, тепло, свет и радиоактивность, столы, лифты, и самолеты, телевидение, компьютеры и мобильные телефоны, бактерии, слоны и люди, астероиды, планеты и звезды – все это просто разные способы реализации Стандартной модели в различных обстоятельствах, и все в ней прекрасно согласуется одно с другим. С ее помощью объясняется огромное разнообразие экспериментальных данных, но… при одном условии: если существует бозон Хиггса. Без бозона Хиггса Стандартная модель не работает.

Но проблема в том, что бозон Хиггса — одна из самых тяжелых частиц, а это значит, что нет никакого объяснения тому, как получаются частицы, обладающие массой меньше, чем масса бозона Хиггса. Возможно, довольно скоро физики совершат открытие новых частиц, и мы убедимся, что почти вся, а может быть, и вся масса во Вселенной — не более чем иллюзия.

Четыре силы природы – гравитация, электромагнетизм, сильные и слабые взаимодействия – все порождены симметриями. Бозон Хиггса тоже является переносчиком взаимодействия, но наделяет частицы массой не он, а фоновое поле Хиггса. И оно не связано ни с какой симметрией. Основополагающие законы физики подчиняются определенной симметрии, а поле Хиггса ломает ее.

И хотя открытие бозона Хиггса — это огромная сенсация, выяснилось, что наличие этой частицы объясняет существование на удивление небольшой доли массы, которая окружает нас в повседневной жизни. Подавляющая часть материи – это темная материя, и она не состоит из частиц Стандартной модели.

При всем своем значении бозон Хиггса вовсе не «лежит в основе всей вселенной», а главное, он на самом деле вовсе не лежит в основе нашей собственной массы. Кроме того, бозон Хиггса никак не объясняет, откуда берется темная материя, количество которой во Вселенной значительно превышает количество обычного вещества: Вселенная состоит из: 74% темной энергии, 22 % — темной материи, 3,6% — межгалактического газа и 0,4% — звёзд.

Бозон Хиггса – последний фрагмент пазла, которым является Стандартная модель, но… Стандартная модель – не конец пути. Темная материя – лишь одна из множества загадок, которые еще только предстоит разгадать, а для этого потребуется новая физика. И кто знает, а вдруг бозон Хиггса станет мостом между тем, что мы знаем, и тем, что мы только надеемся узнать. Возможно, дальнейшее изучение бозона Хиггса прольет свет на темные миры за пределами нашего собственного…

Открытие бозона Хиггса – это конец одной эпохи и начало другой.